Q:
ブーメランは宇宙空間でどう飛ぶ
A:
宇宙空間といっても、真空中であれば回転しながら真っ直ぐ進むだけです。
一方、空気が充満している「宇宙ステーション」の無重力内であれば、縦に回転しながら徐々に向きを変えて一回りして、投げた人のところに戻ってきます。
重力があろうが、無かろうが、ブーメランの向きが変わる原理は同じだからです。
その原理というのは「ジャイロ効果」です。
縦に回転しながらブーメランを投げるので、上半分と下半分とでは空気とのスピードが異なり、回転しながらも倒れるような力がかかります。
自転車の前輪が、手放し運転でも倒れる方向に自動的に曲がるのと同じで、倒れる方向にブーメランも向きを変えるのです。
このような動作を「ジャイロ効果」と言います。
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意外と「らせん」だの深読みする人が多いようだが、実際に投げてみると単純に一回りして戻ってきたという結果になった。
Q:動物はヒラメなどの一部の例外を除き概ね左右対称ですがなぜ
A:
運動に適しているからです。
生物に限らず、ほとんどの自動車・飛行機なども左右対称に作っていますが、経済的な合理性からです。
左右非対称でバランスが悪いと、まっすぐ走ろうとしても曲がってしまいます。
左右対称の方が、運動するうえでは便利なのです。
もちろん、例外はあります。
一部の「カニ」は片側のハサミだけが巨大なものがあります。
カニは移動するときに横に動くので、左右対称が重要ではないといえます。
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運動性能に直結しているので、動物のほとんどは左右対称に進化したのは間違いないだろう。
一方で、人の顔面の美しさの基準として左右対称がある。
例えば、女性が自分の顔面の眉毛を左右対称に整えるのに大変な苦労をしている。
これは、運動性能に全く関係ない。
美しさの基準となる左右対称性については、別の考え方が必要だ。
また、自然は根本的なところで左右対称ではない。
ベータ崩壊ではパリティが保存しないのだ。
Q:乱反射の例を教えてください
A:
透明なガラスの板を例にとりましょう。
そのガラスの板を地面に置いても、ガラスを通して地面が見えます。(当たり前です。)
その透明なガラスの板をハンマーで叩いて、こなごなにして見ましょう。
粉々のガラスを通しては地面が見えなくなり、ガラスは白くなります。
これは、ガラスと空気との境界で光が反射し、それが乱反射となるため、白く見えるのです。
さらに、この粉々のガラスを水を入れたバケツの中に入れてみましょう。
白かったガラスの破片は、また透明になります。
ガラスと水とが屈折率が近いため、ガラスと水との境界での乱反射が少なくなるためです。
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乱反射は、ガラスに限らずアチコチにある。しかし、イメージしづらい。
一番、イメージしやすいのがガラスだろう。
Q:虚数に、どういった意義があるのか
A:
確かに、私たちの日常生活で複素数が出てくることは無いですね。
その意味で、日常生活での複素数の「意義」は無いとも言えます。
電子工学業界であれば、回路設計で複素数を使って表現することがあります。
虚数を使った方が計算が楽になるからです。
一方で、素粒子を扱う量子力学では複素数が大活躍です。
人間にとっての「意義」なんてどうでもよく、量子力学の計算では複素数が無いと成り立たないぐらいのものです。
つまり、自然を表現するために複素数は無くてはならないものなのです。
見方を変えると、複素数こそが「本当の自然の姿」であり、その一部である実数部分のみ日常生活で見ている、と言えます。
物理や数学の業界では、人間にとっての意味、意義、価値なんて、どうでもよいものとも言えます。
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実生活で虚数が出てくることはない。
しかし、量子力学では出てくる。
本当の自然の姿なんて、観測者の状況によって異なるものであって、あまり意味の無い言葉だ。しかし、そんな言葉で説明したほうが分かりやすいかもしれない。
どちらにせよ、人間だけにとっての価値などどうでもよいものだ。
Q:寺田寅彦の「科学は累々たる科学者の屍の上に築かれている」というのは？
A:
科学者とあたま 寺田寅彦
「科学もやはり頭の悪い命知らずの死骸の山の上に築かれた殿堂であり、血の川のほとりに咲いた花園である。」
この文のことでしょうかね。
青空文庫で全文を読むことができます。
http://www.aozora.gr.jp/cards/000042/files/2359_13797.html
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それにしても、「頭の悪い命知らず」「死骸の山」「血の川のほとり」というのは強烈な言い回しだ。わざと世間のイメージを壊すために強烈な言葉を選んだのだろう。
科学とは「時間と労力のムダづかい」であると評価されるかもしれない。
それであっても極めてわずかな「果実」がなることがあり、それこそが人類の進歩だと考えるべきだろう。
Q:水でなくとも生命は誕生するのではないか
A：
可能性があるか無いかという意味では「どんな星にも生物はいる可能性」はあります。しかし、水(H2O)が極めて特殊な物質であるため、水があるか無いかを重要視しているのです。
水の分子の最大の特徴は、水素-酸素-水素が一直線ではなく、折れ曲がっているところです。H2Oの分子模型を見ると分かるとおりです。
酸素側に電子が引き寄せられており「水素側がプラス電荷、酸素側がマイナス電荷」を帯びます。
一直線ではなく折れ曲がっているので、水という液体の中で、水分子の酸素側はプラスイオンと、水分子の水素側はマイナスイオンと、電気的に結合しやすくなります。電解質の物質は水に溶けやすいのです。
もっとわかりやすく言うと「塩でも砂糖でも水に溶ける。また金属もちょっとは水に溶ける」ということです。
地球が誕生して、数十億年の間、海に様々な物質が溶けていました。いろいろな物質が材料として存在したから、いろいろなきっかけ(雷や紫外線など)でアミノ酸などの物質が生成され、生命が生まれたのはまず間違い無いでしょう。
なお、水以外にもアンモニアも分子構造が折れ曲がっています。
しかし、水は摂氏0度から摂氏100度までは液体ですが、アンモニアは揮発しやすく生命の元になることは難しいでしょう。
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水は不思議な物質だ。
いつもそう思う。
以前と同じような回答になってしまった。
Q:地球の中心部にある核は、外核と内核とあり、外核は液体で、内核は固体だというが、ものすごい高温なのに液体なのはなぜか
A:
一番の理由が圧力でしょうね。
地球中心部の圧力は400万気圧だろうと推測されています。
ところが、温度については良くわかっていません。
おそらく内核は絶対温度で5,000度から8,000度ぐらいだろいう予想があるのですが、外核よりも温度が高いとは限りません。
逆に、外核の温度よりも低い可能性すらあります。
そのため、外核では液相だった金属が、内核にきて冷えて固相になって徐々に内核が成長しているのではないか、という予想すらあります。
なにせ人類が行ったことがないし見たこともないところなので、地震波の反射しか証拠がありません。
内核と外核とに分かれていること、固相と液相とになっていることぐらいしか、はっきりとはわかっていないのです。
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肝心なところを間違ってしまった。
「外核の温度より高い可能性すらあります」と回答してしまった。
上記のように「逆に、外核の温度よりも低い可能性すらあります」と言いたかった。
新年早々、訂正です。
皆さん、あけましておめでとうございます。
Q:衝撃を与えると冷却した液体が固体に変わる現象を何という？
A:
いわゆる「過冷却」です。
本来は固体相になる温度以下でも液体相でいることがあります。
そのような液体に軽く揺すると固体相に変化します。
純金の場合は日本語で「冴(さ)え」と言います。
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金属の「金」を熱で溶かし純度を上げ、ゆっくり温度を下げていくと液体から固体になる寸前で、液体だった金が美しく発光する。
日本ではこの現象を昔から「冴え」(さえ)と呼んでいた。
この冴えがはっきり見えることが純度の高さを示すものだった。
これも過冷却のために発生する現象である。
液体のまま凝点以下になり、急激に固体に変わるときに熱が放射される。
その熱のために発光する。
Q:なぜ水は固体になるとき体積が大きくなってしまうのでしょうか？
A:
水の分子の形に秘密があります。
H2Oという水の分子は、水素-酸素-水素が一直線ではなく折れ曲がっているのはご存じでしょう。これです。
電子が酸素側に引きつけられるため、中央部分がマイナス、両端がプラスの電荷を持つようになります。
そのため、水分子が結晶となるときに、水分子の両端は、他の水分子の中央部分に引きつけられます。水分子が折れ曲がっているため、結晶は規則正しく正三角形が組み合わさった正四面体を構成するように整列します。
水分子が液体の時(摂氏4度ごろ)は規則正しく整列しないので、狭いところに多くの分子がいても平気なのです。しかし、固体になると整列しなくてはならなくなります。その分、体積が大きくなるのです。
このような水分子の性質(折れ曲がっていること)は、固体になったら体積が大きくなる事以上に生命にとって極めて重要なことなのです。
水分子に電気的にプラスとマイナスの部分があるので、塩化ナトリウムなどの物質が水に溶けやすいのです。
無機物だけでなく有機物も水に溶けるものが多くあります。
何十億年も昔に生命が海で生まれたのも、色々な物質が水に溶けていたことで可能になったと言えます。
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回答した以外にも、H2Oが折れ曲がっていることで電子レンジで加熱が可能になっていることもあるのだけど、あまり大切な話ではないと思って省略した。
水は実に不思議な物質だ。
人間にとって身近な温度の範囲で個体・液体・気体に変化する。
なによりも素晴らしいのが様々な物質を溶かすことができることで、生命の元と言えるぐらいだ、という事を伝えたかった。
Q:ブランコを漕ぐと前後に動くのはなぜ？
A:
いわゆる「パラメーター励振(れいしん)」という物理現象です。
質問後段の「重心の前後の移動だけでは、振幅は大きくならない」という意味は誤っていません。
ブランコのこぎ始めは、重心の前後移動によって、わずかにブランコを前後に揺らすことからはじまります。
振幅を大きくするためには、「タイミングよく」重心を上下に変化させるのです。具体的には、ブランコが真下に来たときに重心を上げ、ブランコが前又は後ろに振れたときに重心を下げるようにします。すると、角運動量が追加されるので、振幅が増えるのです。
詳しい説明が「hirax.net」にあります。参考にしてください。(その後、リンク切れになりました)
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パラメーター励振なんて言葉は、ブランコぐらいでしか使わないなあ。
たしか「物理の散歩道」に出てきたと思った。
部屋の中がゴミだらけなので、本が見つからない。
何とか探してみよう。
Q:雨の日に髪の毛が膨らんだりするのはなぜ？
A:
良い質問ですね。
髪の毛の成分であるケラチンの性質によるものでしょうね。
ケラチンは水分を吸収しやすいのですが、水分を吸収すると伸びます。
雨の日のように湿度が高いと、髪の毛のケラチンが水分を吸収します。
しかし、１本の髪の毛の全てのケラチンが同時に伸びるのではなく、部分部分によって吸収した水分が異なり、伸び率もマチマチになり、まっすぐだった髪の毛が湾曲してしまう、１本１本の髪の毛がランダムな方向に湾曲することで、「髪の毛が膨らむ」ように見える。
ということだと思います。
(申し訳ないのですが、実際にX線解析などを使った研究をしたわけではないので"当てずっぽう"です。他の方の回答も参考にしてください。)
参考URL： http://www.rigaku.co.jp/app/doc/nanoviewer.html
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ケラチンにはαとΒがあって、分子の長さが異なり、鎖のようにつながっている。
何本も繊維のようにケラチンの鎖があって、鎖どおしが「水素結合」によってつながっている。
この水素結合を分解して、別の分子と水素結合させることで、髪の毛を湾曲させることができる。これが「パーマ」だ。
しかし、パーマと違って、湿度によって一時的に髪の毛が湾曲するということなので、今回の質問の答えは、ランダムな方向の湾曲による「髪の毛のふくらみ」であろう。
googleってみても、シャンプー屋さんなどのページばかりで、これと言うものが見つからなかった。おそらく化学系の企業の方で詳しい人がいるだろうし、他の方の回答を見てみたかったのだが、締め切られてしまった。
この問題は良い問題だと思う。
日常生活のちょっとしたことがどんな仕組みなのか、調べたり理解することは、とても楽しい。
今回は「Yahoo!Japan 知恵袋」のネタではなくて、単に思ったことを。
知人のBLOGを見たのだけど、何となく違和感を感じていて整理がつかず、とりあえず思ったことをまとめてみようと思う。
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地球がおかしい！明らかに何かが狂ってきている気がしている。
…(中略)
エコライフを単に実践するでもなく、もっと考えようよ！
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今日(2006/07/28)も梅雨明けでもなく暑い一日だった。
これだけ暑いと「温暖化対策」を考える気にはなる。
たとえば「チーム・マイナス６」という国民運動がある。
2008年～2012年の間に、1990年を基準として温室効果ガスの排出をマイナス６％にするために、各国民が運動しようというものだ。
残念ながら私の家庭では、どうやっても達成できない。
理由は簡単、子供が生まれたからで、それだけでもプラス数十％になるだろう。
また、生活の一つ一つを考えてみても、1990年よりも少ない電力消費は考えられない。
その意味で、原子力発電に期待するしか無く、私の身の回りの努力では何の意味もない。
たとえば私は「プリウス」に乗っているが、これが環境に良い自動車だとは全くの嘘だ。
ハイブリッドと言っても「多少燃費が良い」車というだけで、車両価格を考えると経済的とは言い難い。つまり生産コストが高いということだ。生産コストが高い分、生産時の環境負荷は一般車よりも高い。生産時の環境負荷を上回るほどの「排出ガス削減」を達成するためには長期間の使用が必要だ。
だったら、自転車に乗った方が良いだけのことだ。
排出ガス削減効果は比べるのが馬鹿らしいぐらい桁が異なる。
環境問題に対しては科学的なアプローチが可能なはずだが、効率の悪い対策や、無駄な対策が数多くある。
ダイオキシンがダメだから焼却炉は廃止だとか、
環境ホルモンがダメだからプラスティック容器は廃止だとか、
非科学的な対策ばかりだ。
Q:
経済学部だが「E＝mc2」は何が言いたい？
A:
Eはエネルギー
mは質量
cは真空中の光の速度
エネルギーは質量に真空中の光の速度の二乗をかけたものに等しい。
物理学ですから「主張や信念があって"何が言いたい"」のでもなく、ただそういう式があるだけ。それだけ。
それ以上でもなく、それ以下でもありません。
物理学を学んだものとしては、この式はそういう意味と捉えています。
それとは別の問題として、最近の北朝鮮が核兵器をどうのこうの、ミサイルがどうのこうのと騒いでいるのをみて、「脅したり、うそをついたり、けんかしないで、北朝鮮はみんなと仲良くすべき」と思っています。ただ、それだけ。
逆に経済学部にいると、これ以外のことが理解できるようになるのでしょうか。この式の経済的な価値が見出せるようになるのでしょうか。
Ｑ:質問者の他の質問や回答を見て回答する?
Ａ:
質問に記載された内容だけで判断しています。
いちいち質問者の過去の質問・回答までは見ません。
私の場合は、中学生程度の知識を前提に回答しているつもりです。
たとえば、高エネルギー加速器研究機構の子ども向けページ「やさしい物理教室」のように、ちっともやさしくないと自覚はありながら、中学生でも読んで理解できる内容にしたいと思っているのです。
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Ｑ:ゲーデルの不完全性定理を完全に理解している方はいますか？証明を知りたいので参考文献か参考ＵＲＬを教えてください。
Ａ:
完全に理解している人は大勢いるでしょう。
日本人であっても。中学生であっても。
文献として参考URLの「ゲーデルの世界」(海鳴社、廣瀬健・横田一正訳)をあげておきましょう。
この本の付録に「『プリンキピア・マテマティカ』およびそれに関連する体系の決定不能な命題について、I」というゲーデルの1931年の論文の全訳がついてきます。
この論文が「不完全性定理」を発表した論文です。その中の
命題VI 「ω無矛盾でしかも帰納的であるような、論理式のどんな集合κに対しても、ある帰納的な集合式γが対応していて、νGenγもNeg(νGenγ)もFlg(κ)に属していない(ここでνはγの自由変数である)。」
という命題こそが不完全性定理です。
なお、この命題VIはホフスタッター著「ゲーデル・エッシャー・バッハ」という本から引用しました。
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日本国憲法で定められた義務教育は中学校までだ。
その意味もあって中学校卒業のレベルの読み書きができれば理解できるような回答を心がけている。しかし、中学校までで習ったことだとワクワクするようなことが少なくつまらない。
ワクワクするようなことを、ある程度わかりやすく説明してあるとうれしい。
そういう意味で、kekの「やさしい物理教室」ページは良いと思う。
読んで理解できる中学生は、ほんの一握りだろう。それでも十分だ。その子たちがワクワクしてくれて、もっと調べようと思ってくれれば大成功だ。
私の知恵袋の回答も、そうありたいと思う。
今回のゲーデルの不完全性定理の話も中学生には難しいだろう。
しかし「ゲーデル・エッシャー・バッハ」の著者ホフスタッターは自分の著作を「中学生」に読んでほしいと言っている。自分が中学生の時に興味のあった「ゲーデル」「エッシャー」「バッハ」に関することだから、という。
私が中学生の時は、ゲーデルなんて聞いたことも無かった。
今の中学生には知的好奇心を十分に満たす手段「インターネット」と「google」がある。
うらやましいことだ。
Ｑ:自転車はなぜ倒れないか？
Ａ:
主に偶力の作用によるものです。人が乗っていなくとも自転車は走っているときは倒れません。
回転する物体に働く見かけ上の力、偶力というのがあります。
例えば、回転しているコマに横向きに軽く力をかけると、横方向ではなく前後方向に動きます。
偶力と呼びます。ジャイロ効果とも呼ばれます。
自転車で車輪が進行方向に回転している場合に右に倒れかかると、偶力によって、倒れないように左への力がかかり同時にハンドルを右に切る方向に力がかかります。
自転車練習台(ローラー)の上で車輪を回した時も偶力が発生しますので倒れることはありません。(一部に誤解があるのですが"遠心力があり倒れない"というのは誤りです。自転車練習台上で練習中も倒れないことの説明ができません。)
手放運転ができることでわかるように、正の安定となっています。意識的に左右にハンドルを切る必要はなく、前輪が自動的に左右に動くのです。
この偶力(ジャイロ効果)は工学的には自由度２のものでないと見られません。
・コマ
・自転車およびバイクの前輪
・ブーメラン
・ボーリングのボールのカーブ
などにみることができます。
なお、自転車の場合は、前輪にキャスター角(寝かせる角度)をつけることで、直進性が良くなっています。なお、キャスター角が0度の自転車を作成して手放しで走らせた時でも、走行している間は倒れません。つまり、キャスター角に関係なく主に偶力によって倒れないということです。
また自転車を後ろ向きに走らせた場合も、偶力は同様に働きます。しかし逆回転のため右に傾けると左にハンドルを切るように働きます。
一度倒れそうになると、より倒れる方向にハンドルが切られてしまうため、手放しでは走行できません。よほどバランス感覚の良い人がハンドルを操作しないといけません。
Gyrobikeのページは面白いと思います。
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今回の回答は文字制限がきつかった。
安定の話をすべきところだったのだが書ききれなかった。
日本語で安定・不安定という言葉があるが、工学分野では安定を数字で表すことができる。
ある状態にある物を、少し変化させた時に元に戻る方向への力の量を、安定の数字とできる。
例えば台所で使う「ボール」の内側に卵を置いてみよう。
卵はボールの中央で止まっているとして、これを「正の安定」という。
中央よりも少し異なる位置に動いた場合は、中央に戻るプラスの力が働くからだ。
ボールをひっくり返そう。
卵をボールの中央にそーっと置くとして、これを「負の安定」という。
中央よりも少し異なる位置に動いた場合は、中央から離れる力が働くからだ。
まな板の上に卵を置こう。
位置を少し変えたとしても、元の位置に戻る力も離れる力も働かない。
これを「ゼロの安定」という。
このように安定は数値化できる。
自転車が倒れないのは「正の安定」の仕組みがあるからだ。
それは偶力によるものだ。
Ｑ:液体の音速はどのくらい
Ａ:
わずかな例外はあるものの、液体中の音速は1,000m/s～1,500m/s程度です。
空気中の音速の約４倍程度です。
たとえば、
蒸留水の場合は、1,500m/sですし、
海水の場合は、1,513m/sとなります。
ほとんどの液体は温度の上昇とともに2～5m/s程度、音速が減少します。
しかし、水の場合は温度とともに上昇し摂氏74度で極大となります。
もっと詳しく知りたい場合は、理科年表などを参照してください。
参考URL： http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/rika/rikanenpyo.html
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この質問を「新規の質問」で見かけて、理科年表で確認してタイプするのに約１０分、もう一人別の方が回答されているのとほぼ同時だった。
コメントに「難しい」と書いてあって驚き。
何が難しいのだろうか。
書いてあることは小学生でもわかると思うのだが。
それとも何か他の回答を期待していたのだろうか。
液体の音速が、液体の種類や温度によらず一定だと思っていたのだろうか。
